太陽光発電太陽エネルギー

太陽光発電

フランスの緯度約45°では、太陽の潜在的に使用可能なエネルギーは年間1500kwh /m²であると推定されています。

フランスのサンシャインマップを見るフランスのDNI日射.

約10から15%の現在の歩留まりで、150から225kwh /m².anを取得します。


いわゆる「統合されていない」ソーラーパネル。

太陽光発電の動作原理

光起電力セルは半導体材料でできています。 日光がこれらの材料の電子を励起するため、これらは太陽によって供給されたエネルギーを電荷に、したがって電気に変換することができます。 これらの材料の吸収曲線は、短波長から始まり、シリコンの場合は1,1マイクロメートルである限界波長までです。

シリコンは光起電力セルの主成分です。

光電セルの物理(CEA Webサイトから取得)


光電セルの機能図。

シリコンは、その周辺層にXNUMXつの電子が存在することを特徴とする電子特性のために光起電性太陽電池を製造するために選択されました(メンデレイエフの表の列IV)。 固体シリコンでは、各原子はXNUMXつの隣接する原子に結合され、周辺層のすべての電子が結合に参加します。 シリコン原子が列Vの原子(たとえばリン)に置き換えられた場合、電子のXNUMXつは結合に参加しません。 したがって、ネットワーク内を移動できます。 電子による伝導があり、半導体はn型ドープと言われています。 逆に、シリコン原子が列IIIの原子(たとえばボロン)に置き換えられた場合、すべての結合を作成するための電子が欠落し、電子がこのギャップを埋めるようになる可能性があります。 そして、穴を通して伝導があり、半導体はp型ドープされていると言われています。 ホウ素やリンなどの原子はシリコンのドーパントです。

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n型半導体をp型半導体と接触させると、n型材料の過剰な電子がp型材料に拡散します。 最初にnドープされたゾーンは正に帯電し、最初にpドープされたゾーンは負に帯電します。 したがって、電界がnゾーンとpゾーンの間に作成され、電子をnゾーンに押し戻す傾向があり、平衡が確立されます。 接合部が作成され、n領域とp領域に金属接点を追加することにより、ダイオードが得られます。
このダイオードが点灯すると、光子は材料に吸収され、各光子は電子と正孔を生成します(電子と正孔のペアについて説明します)。 ダイオードの接合部は電子と正孔を分離し、接点nとpの間に電位差を生じさせ、抵抗がダイオードの接点の間に配置されると電流が流れます(図)。

市場で利用可能な技術。

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現在のモジュールは、使用するシリコンの種類によって区別されます。

  • 単結晶シリコン:光起電力センサーは、プラスチックのエンベロープにカプセル化されたシリコン結晶に基づいています。
  • 多結晶シリコン:太陽光発電センサーは、シリコン多結晶に基づいており、単結晶シリコンよりも製造コストは低くなりますが、歩留まりもわずかに低くなります。 これらの多結晶は、電子品質のシリコンのスクラップを溶かすことによって得られます。
  • アモルファスシリコン:「スプレッド」パネルは、高い通電力を備えたアモルファスシリコンで作られ、完全なアーキテクチャ統合を可能にする柔軟なストリップで提供されます。

セルビルダー。

光起電力セルを製造する60大企業は世界市場のXNUMX%を共有しています。 これらは、日本企業のシャープとキョセラ、アメリカ企業のBPソーラーとアストロパワー、そしてドイツのRWEショットソーラーです。 日本は世界の光電池のほぼ半分を生産しています。

太陽光発電アプリケーション

現在、主な使用分野は孤立した住居ですが、地震計などの科学機器にも使用されています。

このエネルギーを使用した最初のドメインはスペースドメインです。 確かに、衛星のほとんどすべての電気エネルギーは光起電によって提供されます(いくつかの衛星は小さなスターリングモーターを持っているでしょう)。

メリット

  • 使用中の無公害の電気エネルギーであり、持続可能な開発の原則の一部であり、
  • 人間のスケールでは無尽蔵であるため、再生可能なエネルギー源、
  • 重要な電力網のない開発途上国でも、国の電力網に接続できない山などの孤立した場所でも使用できます。


孤立したサイト供給の例、グアドループのスーフリエール火山からの光起電性パネルを動力源とする地震計。

デメリット

  • 太陽光発電のコストは高い技術に由来するため高く、
  • コストはピーク電力に依存し、ピークワットの現在のコストは約3,5€または約550€/m²の太陽電池です。
  • 光起電力セルの現在の歩留まりはかなり低いままであり(一般の人々の場合は約10%)、したがって、低電力しか供給しません。
  • 市場は非常に限られているが、開発中
  • 電力生産は日中にのみ行われ、最も需要が高いのは夜です。
  • 現在の技術では電気を蓄えることは非常に困難です(バッテリーの非常に高い生態学的コスト)、
  • 寿命:シリコンが「結晶化」してセルが使用できなくなってから20〜25年、
  • 製造中の汚染:いくつかの研究は、セルの製造に使用されるエネルギーは、製造の20年間は決して有益ではないと主張しています。
  • 同様に、寿命の終わりに:細胞のリサイクルは環境問題を引き起こします。

詳細:
太陽光発電のエネルギー収支
フランスの太陽フィールドの地図
建物に組み込まれた太陽光発電システム(CEA文書)

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